Fortschrittliche KI am Edge
Die Teile sortiert jetzt der Roboter
Die Edge-Technologie entwickelt sich rasant weiter. Produktionsunternehmen können dadurch auch anspruchsvollere KI immer einfacher und schneller direkt vor Ort einsetzen. Ein Beispiel dafür liefert eine innovative Bin-Picking-Anlage.
Predictive-Maintenance-Anwendungen für die Wartung oder Machine-Vision-Systeme für die Qualitätssicherung: Künstliche Intelligenz ist in Fabriken und Produktionshallen inzwischen weit verbreitet. Fortschritte der Edge-Technologie wie leistungsfähigere IT-Plattformen, offene Ökosysteme und spezielle Edge-Management-Plattformen ermöglichen nun den nächsten Schritt. Sie erlauben es Fertigungsunternehmen, ihre Produktionsstätten immer schneller und einfacher auch mit anspruchsvollerer KI wie neuronalen Netzen oder Generative AI auszustatten.
Edge-Ökosystem bringt innovative Bin-Picking-Lösung hervor
Ein Beispiel dafür ist eine innovative neue Bin-Picking-Anlage, die aus einem solchen Ökosystem hervorging. In dieser Anlage greifen Roboterarme verschiedenartige Teil aus einem Behälter („Bin“) heraus und stellen die jeweils gleichartigen Teile an dem dafür vorbestimmten Ort ab. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen dieser Art sind die Bewegungen der Roboterarme aber nicht fest vorprogrammiert, sondern erfolgen intelligent. Eine KI-Software analysiert die Aufnahmen einer Kamera und steuert die Griffe der Roboter. In der Demozelle wird der Fortschritt deutlich: Im Gegensatz zu statisch programmierten Anlagen versteht die KI ihre Umwelt und ist in der Lage, geeignete Gegenmaßnahmen einzuleiten, etwa wenn die Teile unglücklich nah am Kistenrand oder aneinander liegen. Dann schüttelt einer der Arme den Behälter, sodass sich sein Inhalt neu verteilt.
Eine solche Anlage kann Fertigungsunternehmen an vielen Stellen weiterhelfen und ihre Effizienz deutlich erhöhen. Wenn Teile von großer Varianz aus einem Behälter aussortiert und richtig zugeordnet werden müssen, geschieht das in aller Regel manuell, weil dafür geeignete Automatisierungslösungen bislang fehlten. Die potenziellen Einsatzgebiete der Anlage reichen von der Maschinenbestückung über die Verarbeitung von angelieferten Teilen für die Just-in-Time-Produktion bis hin zur Intralogistik.
Steuerungshardware von Software getrennt
Hinter dieser Lösung steht ein Ökosystem aus zahlreichen Partnerunternehmen. Als Steuerungstechnik der Anlage kommen ctrlX AUTOMATION von Bosch Rexroth und ctrlX OS zum Einsatz. Im Gegensatz zu klassischen Industriesteuerungen ist diese nicht in proprietären Appliances fest mit einer Software verbunden, sondern trennt Hardware und Software voneinander. Dadurch kann die Steuerung je nach den konkreten Anforderungen mit unterschiedlichster Software kombiniert werden. Dieser Ansatz ermöglicht es ihr, als eine Art „Smartphone der Automatisierung“ zu fungieren. Unternehmen können die für ihre individuellen Bedürfnisse erforderliche Software aus einem umfassenden Katalog auswählen und einsetzen. Dieser Katalog enthält, sämtliche Lösungen der Partnerunternehmen des ctrlX OS Ecosystem.
Zu diesem Ökosystem zählt auch das Unternehmen Vathos Robotics, dessen Machine-Vision-Software in der Bin-Picking-Anlage zum Einsatz kommt. Diese Software analysiert die Punktewolken aus einem 3D-Sensor mit einem neuronalen Netz und detektiert die Art des Objekts sowie seine exakte Lage im Raum. Damit ermöglicht sie die intelligente Steuerung der Roboterarme. Zudem lassen sich an die Software auch nachgelagerte Systeme anbinden. Wenn die Roboterarme beispielsweise Teile gegriffen und in ein bestimmtes Fach einsortiert haben, kann die Anlage diese Zuordnung selbstständig in ein angeschlossenes Warehouse-Management-System eintragen.
Im Schaltschrank sitzt ein KI-Server
Die IT-Plattform der Anlage bildet ein KI-Server von Dell Technologies – ebenfalls ein Partner von Bosch Rexroth. Auf diesem Server läuft das Linux-basierte Echtzeit-Betriebssystem ctrlX OS sowie die Machine-Vision-Software von Vathos. Der Server ist klein und kompakt genug, um in den Schaltschrank der Anlage zu passen, bringt aber dennoch die erforderliche Rechenleistung für den Betrieb der anspruchsvollen KI-Software mit. Als „ruggedized“ Server ist er außerdem speziell für den Einsatz in Industrieumgebungen gehärtet. Er hält extremer Hitze, Staub, Öl, Erschütterungen und Vibrationen stand, sprich Bedingungen, wie sie in Fabriken und Produktionshallen häufig herrschen.
Als Integrator des Gesamtsystems fungierte MAIROTEC. Das Unternehmen ist auf Automatisierung, Robotik und Anlagenmodernisierung spezialisiert und zählt ebenfalls zu den Partnern von Bosch Rexroth. Das offene Ökosystem rund um ctrlX AUTOMATION ermöglichte es dem Integrator, die Steuerung ohne aufwändigen Entwicklungsaufwand mit der Software von Vathos zu kombinieren. Dadurch konnte er das komplexe System in verhältnismäßig kurzer Zeit und mit wenig Aufwand implementieren.
Schnell skalieren und umfassend absichern
Bildquelle: Dell Technologies
Bei dem KI-Server, der in der Bin-Picking-Anlage zum Einsatz kommt, handelt es sich um ein sogenanntes „Native Edge Enabled Device“. Das heißt: Der Server kann mit der Edge-Management-Plattform „Dell Native Edge“ eingesetzt werden. Diese Plattform ermöglicht es Unternehmen, alle ihre Edge-Geräte zentral zu verwalten und die Anwendungen, die darauf laufen, unternehmensweit bereitzustellen, zu managen und zu sichern. Dazu integriert die Plattform in ihrem Software-Katalog die Lösungen von Smart-Factory-Ausrüstern und bietet Blueprints für ihren automatisierten Rollout an.
Zum umfassenden Ökosystem der Anwendungen zählen auch die Softwarelösungen von Bosch Rexroth und Vathos. Das gibt Unternehmen die Möglichkeit, die Bin-Picking-Anlage schnell und unkompliziert zu skalieren. Soll sie unternehmensweit an mehreren Standorten jeweils mehrfach installiert werden, lassen sich die Server sämtlicher Anlagen von zentraler Stelle aus automatisiert mit dem Betriebssystem ctrlX OS sowie der KI-Software von Vathos ausstatten.
Außerdem sorgen Sicherheitsmechanismen in der Edge-Management-Plattform dafür, dass man auch in der Produktion dem Ziel Zero Trust deutlich näherkommen kann. Endgeräte für die Plattform werden von Dell Technologies ab Werk mit einem Betriebssystem ausgestattet, und Schnittstellen wie die USB-Anschlüsse werden deaktiviert. Dadurch haben Angreifer keine Möglichkeit in das Gerät einzudringen und infizierte Software zu installieren oder Hintertüren einzubauen. Darüber hinaus werden die Geräte mit einem digitalen Voucher versehen, ohne den die Inbetriebnahme nicht möglich ist. Wird ein Server an das Netzwerk angeschlossen, führt die Edge-Plattform mithilfe des Vouchers einen „Security Handshake“ durch. Nur wenn es sich um das richtige Gerät handelt und es nicht verändert wurde, spielt die Plattform die Softwareanwendungen für die Bin-Picking-Anlage an das Gerät aus.
Software für Training der KI an das Rechenzentrum oder die Cloud verteilen
Ein weiterer Vorteil der Edge-Management-Plattform: Mit ihr lässt sich auch das Training der KI-Software von Vathos steuern. Um die Bin-Picking-Anlage an ihre individuellen Anforderungen anzupassen, müssen Unternehmen das neuronale Netz zunächst mit CAD-Modellen der konkreten Teile trainieren, die die Roboter dann künftig bei ihnen greifen und sortieren sollen. Dieses Training ist zu rechenintensiv, als dass es am Edge direkt auf der Anlage selbst durchgeführt werden könnte. Dell Native Edge unterstützt VMware sowie zahlreiche Kubernetes-Distributionen und bietet Integrationen in die Clouds der Hyperscaler. Dadurch können Unternehmen ihre rechtenintensiven Aufgaben, wie das Training der künstlichen Intelligenz, von der Plattform aus auch an ihr Rechenzentrum oder eine Cloud verteilen.
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